橋梁抗震性能評價的靜力非線性分析方法研究.pdf

1、隨著人類對橋梁震害的認識逐漸深入和計算機技術的不斷發(fā)展，對橋梁的分析和計算已經由線性分析向非線性分析方向發(fā)展。非線性時程分析方法被認為是橋梁結構彈塑性分析的最準確的方法，但是由于其技術復雜、計算工作量大、結果處理繁雜，而且結果的準確性很大程度上依賴于輸入的地面運動情況，因此在實際工程中并沒有得到廣泛的應用。而Pushover分析方法概念簡單，計算簡便，并能有效地評估結構的抗震性能，近年來逐漸被應用到橋梁結構的抗震性能評估中。但是由于傳統(tǒng)

2、的Pushover方法皆基于固定的側向荷載分布模式，不能考慮高階振型的影響以及結構屈服后振動特性的改變，因此只適用于橋墩高度較低的梁式橋，不能對高階振型影響顯著的高架橋和斜拉橋進行抗震性能評價。為了克服這些局限性，本文提出了幾種改進方法，并提出了適用于斜拉橋的Pushover分析方法，主要研究內容如下： 1.在動力學理論的基礎上，借鑒MPA法中對各階振型完全解耦的思想，對ASPA法進行簡化，提出了改進的適應譜Pushover方法

3、(簡稱IASPA法)。并對典型地震動下改進的適應譜Pushover法、傳統(tǒng)的Pushover分析方法、MPA法以及非線性時程分析方法進行對比研究。結果表明，由于改進的適應譜Pushover方法直接利用反應譜來定義加載特性，且考慮了高階振型的影響以及結構屈服后振動特性的改變，因此比傳統(tǒng)的Pushover方法和MPA法具有更高的精度；并且，由于改進的適應譜Pushover方法忽略了結構屈服后各振型之間的耦合作用，所以較ASPA法計算更加簡便

4、，更適用于工程實際。 2.利用改進的適應譜Pushover方法，對三個不同高度的橋墩進行推覆分析，考查高階振型的影響，并將計算所得到的結果與非線性時程分析的結果進行對比。結果表明，對于中低高度的橋墩，高階振型的影響較小，可以將橋墩簡化成單自由度體系，利用傳統(tǒng)的Pushover方法進行靜力彈塑性分析。但是隨著橋墩高度的增加，高階振型對橋墩抗震性能的影響越來越顯著，對于高度超過40m的高墩，忽略橋墩自身的慣性力以及高階振型的貢獻將會

5、導致較大的誤差。 3.傳統(tǒng)的基于力的Pushover分析方法，側向荷載分布模式的選取將直接影響到Pushover分析方法對結構整體抗震性能的評估結果，震害、實驗和理論分析都表明，變形能力不足和耗能能力不足是結構在大震作用下倒塌的主要原因，結構構件在大震作用下的破壞程度與結構的位移響應和構件的變形能力有關，所以用位移控制結構在大震作用下的行為更為合理。本文利用直接基于位移的方法對一個6層框架進行推覆分析，并對結構在推覆過程中的振型

6、參與系數(shù)及位移模式的變化進行分析研究，提出了基于位移的適應譜Pushover方法(簡稱DASPA法)。 4.利用DASPA法分別對兩個不同高度的梁式橋進行Pushover分析，并將分析結果與非線性時程分析以及傳統(tǒng)Pushover方法分析的結果進行比較。結果表明，由于DASPA法直接基于非彈性位移反應譜來定義加載位移模式，且考慮了高階振型的影響及結構屈服后振動特性的改變，因此在評價結構的抗震性能時有著很高的精度，不僅適用于受基本振

7、型控制的中低高度的橋梁，同時也適用于高階振型影響顯著的高架橋梁；由于DASPA法直接用位移來控制結構的加載模式，其每一步計算得到的結果直接是結構的變形，省略了基于力的Pushover分析方法中將結構的內力轉化為變形來評估結構的抗震性能的步驟，并且當結構破壞達到一定程度時采用固定的位移加載模式，因此使得計算過程大為簡化。 5.斜拉橋為復雜的多自由度結構體系，其在地震中的反應受高階振型影響顯著，等效地震力的分布模式非常復雜，傳統(tǒng)的基

8、于力的Pushover方法無法對斜拉橋進行靜力彈塑性分析。而DASPA法直接基于位移來定義加載模式，且考慮了高階振型的影響，因此可以用來對斜拉橋進行彈塑性分析。但是由于斜拉橋橋型的特殊性，使得DASPA法的計算結果依賴于側向荷載的加載方向，這與實際不符。鑒于此，本文又提出了針對斜拉橋的修正的DASPA法，對斜拉橋屈服后的位移模式進行修正。將DASPA法和修正的DASPA法得到的計算結果分別與非線性時程分析得到的計算結果進行比較，結果表明